(57)【要約】  【課題】自在継手の組立時に針状ころ等が傷つくことを抑制する。  【解決手段】本自在継手１Ａ，１Ｂでは、十字軸１３のトラニオン１５Ａを針状ころ１８を介して支持する外輪カップ１７が、第１のヨーク１１の嵌合孔２１内に焼き嵌めにより嵌合されてなる。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字軸のトラニオンを針状ころを介して支持する外輪カップが、ヨークの外輪カップ用嵌合孔内に嵌合された自在継手において、
上記外輪カップがヨークの外輪カップ用嵌合孔に焼き嵌めされてなることを特徴とする自在継手。
【請求項２】
請求項１に記載の自在継手の組立方法であって、
上記針状ころを保持した外輪カップを、加熱されて熱膨張しているヨークの外輪カップ用嵌合孔とこれに挿入された十字軸のトラニオンとの間に嵌め入れた後、ヨークを冷却することを特徴とする自在継手の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車の操舵装置やドライブシャフト等に用いられる自在継手およびこれの組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自在継手には、一対のシャフトの端部にそれぞれ設けられる一対のヨークと、一対のヨークを連結し４つのトラニオンを設けられる十字軸と、この十字軸の４つのトラニオンに嵌められる４つの軸受とを有するものがある。
軸受は、例えば、プレス成形品からなる有底円筒形状の外輪カップと、この外輪カップ内に環状をなして保持される多数の針状ころとを有するシェル形針状ころ軸受からなる。この種の軸受の外輪カップは、通例、軸受箱の嵌合孔に圧入され（例えば、特許文献１，２，３参照。）、自在継手に適用する場合には、外輪カップはヨークに設けた嵌合孔に圧入される。
【０００３】
自在継手の組立時には、先ず、ヨークの一対の嵌合孔に十字軸の対応するトラニオンを同芯で挿通させて、仮組状態とする。次に、この仮組状態の嵌合孔とこれを挿通するトラニオンとの間に軸受を嵌め入れるようにしている。すなわち、先ず、外輪カップの開放端部を嵌合孔に圧入し、さらに、外輪カップを圧入することで複数の針状ころをトラニオンの外周に組み込むようにしている。
【特許文献１】特公昭６１−２８０７号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２５４１号公報
【特許文献３】特開平１１−３５１１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、外輪カップの開放端部がヨークの嵌合孔に圧入され始めたときには、外輪カップが径方向内方で受け止められないので、外輪カップは縮径する。この状態で外輪カップが押し込まれると、針状ころがトラニオンの外周に乗り上げる際に、トラニオンの外周や針状ころに圧痕等の傷が付き易い傾向にある。
その結果、例えば、自在継手を車両用操舵装置のインターミディエイトシャフトに適用する場合には、ドライバーがステアリングホイールを回すことによるトルクが折り曲げ状態の自在継手を介して伝達されるときに、ドライバーが傷の影響によるごりごり感（トルク変動）を感じることとなる。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、組立時にトラニオンや針状ころが傷つくことを抑制できる自在継手および自在継手の組立方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、十字軸のトラニオンを針状ころを介して支持する外輪カップが、ヨークの外輪カップ用嵌合孔内に嵌合された自在継手において、上記外輪カップがヨークの外輪カップ用嵌合孔に焼き嵌めされてなることを特徴とする。本発明によれば、組立時に外輪カップをヨークの拡径させた嵌合孔へ嵌め入れる際に、外輪カップを縮径しないようにしたり、縮径しても外輪カップの縮径量を小さく抑制したりできる。その結果、嵌合孔への外輪カップの嵌め入れ作業が容易であり、また、外輪カップの嵌め入れに伴って針状ころがトラニオンの外周に乗り上げる際に、トラニオンおよび針状ころが傷つくことを抑制できる。
【０００７】
また、本発明は、上記針状ころを保持した外輪カップを、加熱されて熱膨張しているヨークの外輪カップ用嵌合孔とこれに挿入された十字軸のトラニオンとの間に嵌め入れた後、ヨークを冷却することを特徴とする自在継手の組立方法を提供する。本発明の組立方法により、外輪カップをヨークの嵌合孔に焼き嵌めすることができる。従って、本発明の自在継手による上述の作用効果を同様に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の自在継手を含む車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態では、本自在継手１Ａ，１Ｂを車両用操舵装置２に適用する場合に則して説明するが、自在継手１Ａ，１Ｂを、例えば、自動車の推進軸等に適用してもよい。
車両用操舵装置２は、車輪（図示せず）を操向するためにステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、このステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム５とを有する。ステアリングシャフト４の一方の端部４ａにステアリングホイール３が連結される。また、車両用操舵装置２は、ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに自在継手１Ａを介して連結された中間軸６を有する。中間軸６は、互いに一体回転可能で軸方向に相対摺動自在に嵌合される外軸および内軸を含む。車両用操舵装置２は、中間軸６と自在継手１Ｂを介して連結されたピニオン軸７と、このピニオン軸７と噛み合うラックバー８とを有する。
【０００９】
ラックバー８の両端は、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して操向車輪に連結されている。ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４および中間軸６を介してピニオン軸７に伝達され、ピニオン軸７の回転運動がラックバー８の直線運動に変換される。これにより車輪を操向することができるようになっている。
【００１０】
一方の自在継手１Ａは、ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂと、中間軸６の一端９とをトルク伝達可能に連結する。また、他方の自在継手１Ｂは、中間軸６の他端１０と、ピニオン軸７の一端７ａとをトルク伝達可能に連結する。これら２つの自在継手１Ａ，１Ｂは同様に構成されている。以下、一方の自在継手１Ａに則して説明する。
図２を参照して、自在継手１Ａは、ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに固定される第１のヨーク１１と、中間軸６の一端９に固定される第２のヨーク１２と、第１および第２のヨーク１１，１２を一体的に連結する十字軸１３とを有する。
【００１１】
十字軸１３は、十字形形状の中央部に配置される胴部１４と、この胴部１４から十字形形状をなして突出する４つの軸部としてのトラニオン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄとを有する。一方の一対のトラニオン１５Ａ，１５Ｃは、第１の軸線Ｃ１に沿って胴部１４から互いに逆向きに延びている。他方の一対のトラニオン１５Ｂ，１５Ｄは、第１の軸線Ｃ１と直交する第２の軸線Ｃ２に沿って胴部１４から互いに逆向きに延びている。
【００１２】
４つのトラニオン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄには、４つの軸受１６がそれぞれ組み込まれている。
各軸受１６は、一端開放型のシェル形の針状ころ軸受からなる。各軸受１６は、有底円筒形形状の外輪カップ１７と、外輪カップ１７内に保持される円筒形状に形成された多数の針状ころ１８（一部のみ図示。）とを有する。外輪カップ１７は、金属の薄板をプレス加工されてなる一端密閉型のシェル形外輪である。
【００１３】
第１のヨーク１１は、互いに対向する一対のアーム１９と、一対のアーム１９の端部同士を互いに接続する筒状の接続部２０とを有する。接続部２０がステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに固定されている。一対のアーム１９は、同一軸線上に配置されて軸受１６の外輪カップ１７を嵌合される一対の嵌合孔２１をそれぞれ有する。第１のヨーク１１のアーム１９の一対の嵌合孔２１内に、十字軸１３の一方の一対のトラニオン１５Ａ，１５Ｃを針状ころ１８を介してそれぞれ支持する一対の外輪カップ１７が圧入状態でそれぞれ嵌合されている。第１のヨーク１１と十字軸１３とが、軸受１６を介してトラニオン１５Ａ，１５Ｃの第１の軸線Ｃ１の回りに相対回動できるようになっている。
【００１４】
第２のヨーク１２は、第１のヨーク１１と同様に構成され、一対のアーム１９と、接続部２０とを有する。第２のヨーク１２の接続部２０は中間軸６の一端９に固定されている。一対のアーム１９は、一対の嵌合孔２１をそれぞれ有する。第２のヨーク１２のアーム１９の一対の嵌合孔２１内に、十字軸１３の他方の一対のトラニオン１５Ｂ，１５Ｄを針状ころ１８を介してそれぞれ支持する一対の外輪カップ１７が圧入状態でそれぞれ嵌合されている。第２のヨーク１２と十字軸１３とが、軸受１６を介してトラニオン１５Ｂ，１５Ｄの第２の軸線Ｃ２の回りに相対回動できるようになっている。
【００１５】
なお、複数のトラニオン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは同様に形成され、各トラニオン１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに対応する軸受１６と嵌合孔２１とについても同様に形成される。以下では、トラニオン１５Ａとこれに対応する軸受１６と第１のヨーク１１の嵌合孔２１とに則して説明する。
図３を参照して、トラニオン１５Ａは、円柱形状に形成され、外周面２２と、軸端２３に対応する端面２４とを有する。外周面２２は、円筒形状の主体部２５と、軸端２３に対応する面取り部２６と、主体部２５と連なりこれよりも大径の肩部２７とを有する。主体部２５は、軌道面を有する。
【００１６】
外輪カップ１７は、円筒部２８と、円筒部２８の一端を塞ぐ底部２９と、円筒部２８の他端から径方向内方へ延設される環状のフランジ部３０とを有する。フランジ部３０は、外輪カップ１７の開放端部３１に設けられる。底部２９は、トラニオン１５Ａの端面２４へ向けて突出する凸部からなりトラニオン１５Ａの端面２４に当接する当接部３２を有する。この当接部３２が端面２４に当接して、外輪カップ１７がトラニオン１５Ａに軸方向に位置決めされる。円筒部２８の内周側面３３は円筒形状の軌道面を有する。
【００１７】
トラニオン１５Ａの外周面２２の軌道面と外輪カップ１７の円筒部２８の内周側面３３の軌道面との間に、多数の針状ころ１８が転動自在に介在している。
本実施形態では、外輪カップ１７の円筒部２８の外周３４が、第１のヨーク１１のアーム１９の外輪カップ用嵌合孔２１の内周２１ａに焼き嵌めされてなる。
外輪カップ１７の円筒部２８は、焼き嵌めにより嵌合される部分３５を有する。この部分３５は、軸方向について底部２９寄りの部分からなり、軸方向についての軌道面の中央部に対応する背面側部分を含む。
【００１８】
嵌合孔２１の内周２１ａの一部、例えば、トラニオン１５Ａの外周面２２に対向する部分が、全周にわたり外輪カップ１７と焼き嵌めにより嵌合されている。
図２を参照して、外輪カップ１７と嵌合孔２１とが常温で互いに分離された組立前の単独の状態において、外輪カップ１７の外径Ｌ１は嵌合孔２１の内径Ｌ２よりも大きくされていて（Ｌ１＞Ｌ２）、外輪カップ１７と嵌合孔２１とは焼き嵌めにより所定の締め代（例えば０．０３〜０．０７ｍｍ）の圧入状態を組立後に達成できるようになっている。
【００１９】
本実施形態によれば、組立時に外輪カップ１７を第１のヨーク１１の嵌合孔２１へ嵌め入れる際に、外輪カップ１７を縮径しないようにしたり、縮径しても外輪カップ１７の縮径量を小さく抑制したりできる。その結果、嵌合孔２１への外輪カップ１７の嵌め入れ作業が容易であり、また、外輪カップ１７の嵌め入れに伴って針状ころ１８がトラニオン１５Ａの外周面２２に乗り上げる際に、トラニオン１５Ａの外周面２２および針状ころ１８が傷つくことを抑制することができる。
【００２０】
車両用操舵装置２が自在継手１Ａ，１Ｂの少なくとも一方を、より好ましくは両方を含む場合に、ドライバーがステアリングホイール３を回すときに、ドライバーが傷の影響によるごりごり感（トルク変動）を感じることがなくて、快適な操舵感を実現できる。
図２と図４を参照して、自在継手１Ａの具体的な組立方法を説明する。なお、以下では、第１のヨーク１１とトラニオン１５Ａとについての組立を中心に説明するが、この組立と同様に、残りのトラニオン１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄや第２のヨーク１２についての組立も行われる。
【００２１】
予め、第１のヨーク１１と、十字軸１３と、軸受１６とが準備される。軸受１６の外輪カップ１７内に複数の針状ころ１８を組み込み保持する。
先ず、第１のヨーク１１を所定の加熱温度に加熱する（ステップＳ１）。ここで、所定の加熱温度は、組立時の外輪カップ１７の温度としての常温よりも高い温度であればよい。常温と加熱温度との温度差が大きくなるほど、熱膨張による嵌合孔２１の拡径量が大きくなり、傷つきを確実に抑制することができる。一方で、常温と加熱温度との温度差が小さい場合であっても、傷つきを抑制することはできる。
【００２２】
例えば、加熱温度は、５０〜１００℃の範囲内の値に設定するのが好ましい。ここで、加熱温度を１００℃を超えて高い温度に設定する場合には、グリースが劣化する場合がある。また、加熱温度を５０℃未満の低い温度に設定する場合には、加熱状態の嵌合孔２１に嵌合されている外輪カップ１７の内面に沿う複数の針状ころ１８の内接円の直径が、常温での上述の内接円の直径に比べて、十分に大きくならず、傷つきの発生を抑制できない。従って、加熱温度を１００℃以下に設定することにより、グリースの劣化を抑制することができ、且つ、加熱温度を５０℃以上に設定することにより、この加熱状態での上述の針状ころ１８の内接円の直径が、常温での上述の内接円の直径に比べて、３μｍ以上の大きさの拡径量を得られるので、傷つきの発生を抑制することができる。具体的な加熱温度は６０℃である。この加熱温度（６０℃）に加熱された嵌合孔２１の内径Ｌ３は、常温（２０℃）の嵌合孔２１の内径Ｌ２よりも大きく（Ｌ３＞Ｌ２）、加熱状態での上述の内接円の直径は、常温での内接円の直径よりも５μｍ大きくなっている。
【００２３】
次に、加熱されて熱膨張している第１のヨーク１１の外輪カップ用嵌合孔２１に常温の十字軸１３のトラニオン１５Ａを挿入して、嵌合孔２１にトラニオン１５Ａを同芯に保持し互いの間に隙間を開けた仮組状態とする（ステップＳ２）。
次に、仮組状態にあるトラニオン１５Ａと第１のヨーク１１の熱膨張している嵌合孔２１との間に、常温の外輪カップ１７を嵌め入れ、これとともに、外輪カップ１７の内側に保持された針状ころ１８をトラニオン１５Ａに組み込む（ステップＳ３）。
【００２４】
図３を参照する。具体的には、嵌合孔２１は拡径状態にあり、トラニオン１５Ａの軸端２３に対応する嵌合孔２１の入口２１ｂから、外輪カップ１７の開放端部３１を軸方向に嵌合孔２１の奥へ進入させると、開放端部３１に対応する針状ころ１８の端部がトラニオン１５Ａの軸端２３に乗り上げるようになる。このとき、外輪カップ１７および針状ころ１８の挿入は容易である。外輪カップ１７をさらに嵌合孔２１の奥へ進入させ、外輪カップ１７の開放端部３１を嵌合孔２１から貫通させて、外輪カップ１７の底部２９の当接部３２をトラニオン１５Ａの端面２４に当接させる。
【００２５】
その後、組み込まれた状態で第１のヨーク１１、十字軸１３および軸受１６を冷却する（ステップＳ４）。第１のヨーク１１の温度が常温に低下すると、嵌合孔２１が縮径し、嵌合孔２１の周縁部が外輪カップ１７を締め付けて、圧入状態で固定する。冷却方法としては、第１のヨーク１１を空冷により強制冷却または自然冷却する。
なお、加熱前の第１のヨーク１１の嵌合孔２１にトラニオン１５Ａを挿入して仮組状態とし、仮組状態の第１のヨーク２１を加熱することも考えられる。
【００２６】
このように針状ころ１８を保持した外輪カップ１７を、加熱されて熱膨張している第１のヨーク１１の外輪カップ用嵌合孔２１とこれに挿入された十字軸１３のトラニオン１５Ａとの間に嵌め入れた後、第１のヨーク１１を冷却するようにした。この組立方法により、外輪カップ１７を第１のヨーク１１の嵌合孔２１に焼き嵌めすることができ、上述の作用効果を得る自在継手１Ａを実現することができる。
【００２７】
なお、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の自在継手を含む車両用操舵装置の概略模式図である。
【図２】図１に示す自在継手の分解斜視図である。
【図３】図１に示す自在継手の一部断面図である。
【図４】図１に示す自在継手の組立方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１Ａ，１Ｂ  自在継手
１１  第１のヨーク
１２  第２のヨーク
１３  十字軸
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ  トラニオン
１７  外輪カップ
１８  針状ころ
２１  嵌合孔
【図１】
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【図２】
2005147178.tif 000004
【図３】
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【図４】
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